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Orientación técnica para tomar la decisión correcta para el diseño de la caja de cambios

Seleccionar el diseño correcto de la caja de engranajes para su aplicación puede ser una decisión crucial que afectará el rendimiento, la eficiencia, la confiabilidad y el costo. Por lo tanto, tener una buena comprensión de los principios básicos y las aplicaciones adecuadas es esencial.

Dave Brown, gerente de ventas de Brevini, ofrece algunas pautas técnicas.

Los engranajes han estado en uso desde los tiempos de Arquímedes y Aristóteles, y continúan desempeñando un papel esencial en los sistemas mecánicos de todo el mundo. Si bien los principios básicos siguen siendo los mismos, la tecnología ha avanzado considerablemente; con diferentes arreglos de artes que ofrecen una variedad de beneficios para la aplicación correcta.

Una caja de engranajes se diseña comúnmente para proporcionar una reducción en la velocidad de un motor primario, como un motor eléctrico, y entregar la velocidad y el par de torsión necesarios para una aplicación en particular. La relación de transmisión es la relación entre la velocidad de entrada y la de salida, con salida siempre definida como unidad.

Por ejemplo, si consideramos que un motor eléctrico es el motor principal (con una velocidad de 1500 rpm) y una máquina impulsada a rpm 500, la relación es la siguiente;

Entrada: Salida o 1500: 500 = 3.00: 1

En términos simples, tres revoluciones del eje de entrada producirán una revolución del eje de salida.

Las cajas de engranajes pueden utilizar una variedad de disposiciones de engranajes para lograr la salida deseada en términos de velocidad, par, eficiencia, tamaño, ruido, vida útil y requisitos de mantenimiento. El tipo de disposición del engranaje se define por el diseño de los dientes del engranaje y la forma en que se engranan entre sí.

Engranajes de corte recto

El tipo más básico es el engranaje recto o recto, que tiene dientes que son paralelos al eje de rotación. Este diseño ofrece un rendimiento económico y es igualmente bueno para aplicaciones de relación alta y baja. El engranaje cilíndrico también se puede usar en combinación, o en múltiples etapas, para lograr altas relaciones de transmisión.

Sin embargo, el diseño de corte recto significa que el punto en el que la malla de engranajes se produce a lo largo de un diente a la vez puede causar mayor desgaste y ruido, especialmente a velocidades más altas. El ruido es causado por el único punto de contacto entre la unidad y los engranajes accionados al comienzo de la malla del engranaje. Esto está en contraste con el tipo de contacto deslizante o deslizante asociado con otras tecnologías de engranajes.

Un refinamiento del engranaje cilíndrico es inclinar los dientes en relación con el eje de rotación, lo que permite un acoplamiento más gradual de los dientes de engrane para múltiples dientes que se acoplarán simultáneamente. Esto proporciona un movimiento más suave con menos ruido. Este diseño tiene una mayor área de contacto con los dientes, lo que aumenta la cantidad de torque que se puede transmitir con 10-15%, a la vez que mantiene una muy buena eficiencia.

Sin embargo, el diseño de un engranaje helicoidal induce un empuje axial en la caja de engranajes que debe acomodarse ya sea instalando cojinetes de empuje o cambiando el diseño del engranaje para incorporar etapas de doble hélice, que contrarrestarán las fuerzas axiales, o un engranaje de doble hélice más complicado. Este es un engranaje con los dientes engastados en una disposición en espiga, pero este diseño de engranaje es más complicado de fabricar y ensamblar y, por lo tanto, tendrá un precio superior al del engranaje cilíndrico.

Arreglos de engranajes cónicos

Hasta ahora, las disposiciones de engranajes han transmitido potencia en ejes paralelos, pero un requisito común es redirigir el eje de rotación por 90 °, que generalmente implica conjuntos de engranajes cónicos o unidades de tornillo sinfín. Estos últimos han visto mejoras significativas en la eficiencia, especialmente para aplicaciones de par reducido a relaciones más bajas y todavía pueden representar una buena rentabilidad en algunas aplicaciones.

La orientación de los dientes en conjuntos de engranajes cónicos puede ser de corte recto, pero el estilo más común es un engranaje de corte en espiral que ofrece niveles de ruido y eficiencia mejorados. Los estilos más comunes son Gleason o Klingenberg y, en términos de costos, la opción de engranaje cónico en espiral se vuelve más atractiva cuando la aplicación requiere más de 7.5kW con una proporción superior a 20: 1.

Diseños planetarios

El último grupo principal de arreglos de engranajes es la caja de engranajes planetarios que toma su nombre de la disposición de engranaje normal que consiste en un engranaje central central, los engranajes planetarios en órbita y el engranaje anular externo, o anillo.

Al dividir las cargas a través de múltiples contactos entre los engranajes planetarios (generalmente 3), la capacidad de par de una caja de engranajes planetarios es muy favorable frente a otras soluciones. Además, la simetría del diseño significa que la mayoría de las cargas de separación de engranajes asociadas con otras soluciones son autorreguladoras en el diseño planetario. Estos factores combinados significan que la solución planetaria puede ser significativamente más compacta y más rentable en muchas aplicaciones.

Los beneficios de la caja de engranajes planetarios se pueden combinar con un sistema de engranaje cónico o helicoidal que luego ofrece los beneficios de ambos diseños. Esto permite que las ventajas y beneficios de las diferentes tecnologías se combinen para optimizar la solución para las demandas de una aplicación específica. Este tipo de caja de cambios compacta es común en muchas de las industrias más pesadas donde la confiabilidad, la eficiencia y el costo total de propiedad son factores importantes.

Crucial ciclos de trabajo

Muchos factores influyen en el diseño de una caja de cambios para una aplicación en particular. La clave es determinar tantos factores cruciales como sea posible antes de que comience el proceso de selección. La información específica sobre las relaciones de reducción, la velocidad de entrada y el par son fundamentales. Sin embargo, también es importante definir el ciclo de servicio real para el equipo, definiendo la frecuencia y los detalles del inicio / parada, las variaciones en el par y la velocidad de funcionamiento, y así sucesivamente. Solo con un ciclo de trabajo completo puede seleccionar y diseñar con precisión una solución que funcionará durante la vida útil requerida de la máquina.

La ubicación de la aplicación también es importante ya que el diseño puede tener que considerar las condiciones ambientales y ambientales, los requisitos de espacio, las disposiciones de montaje, el peso, el ruido y los requisitos de mantenimiento. Además, la reacción, que es el espacio entre dos engranajes de engrane, puede necesitar ser especificada para aplicaciones particulares. Cada caja de cambios tendrá un juego de reacción diseñado para permitir la lubricación de los engranajes y evitar que la caja de cambios se bloquee.

Finalmente, existen las características de diseño más específicas, como la alineación del eje, la eficiencia y la esperanza de vida útil, que pueden influir en ciertas elecciones de diseño.

Habiendo obtenido una comprensión básica de los diseños más comunes de la caja de cambios, es posible apreciar las alternativas para una aplicación en particular. El próximo paso es discutir los requisitos más específicos con los ingenieros de diseño que se especializan en este campo. Brevini siempre ha utilizado a experimentados ingenieros de ventas técnicas para evaluar cada aplicación única para ofrecer asesoramiento y conocimiento técnico a fin de ayudar a los clientes a definir la caja de engranajes correcta para cada aplicación.

Informador de la industria de procesos

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